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仿生科技在冰雪运动功能性纺织品开发中的创新应用

发布时间:2022-06-30 13:20:58 作者:华体会平台链接 来源:华体会官网注册


  仿生功能性纤维及面料,是通过模拟大自然中动植物的生命系统结构和工作原理,获得具有高科技含量的纺织品。科学家们将仿生科技创新应用于功能性纤维、面料及织物的设计研发中,已取得重大研究成果。

  由于动物的毛发内有空腔,其形态类似于中空管,所以保暖效果非常好。研发人员通过模仿动物毛发的结构,成功研制出了中空纤维。至今,中空涤纶的种类不断增加,应用范围不断扩大。例如用中空涤纶FDY长丝开发的面料具有很好的保暖性、蓬松性和柔软性,加上纤维的异形截面赋予其极佳的吸湿透气性,已广泛用于滑雪服、运动服、休闲服等户外功能性纺织品领域;用抗菌中空涤纶仿毛差别化短纤维生产的面料除具有良好的回弹性、蓬松性和保暖性外,还具有抗菌、防臭等保健功能。应用仿生科技开发的复合功能纤维材料,可生产多种用途的功能性纺织品。如研发的具有杀菌作用的“抗菌棉”功能面料,用其制作的运动内衣,有较好的保健作用,对真菌类皮肤病有明显的抑制和治疗作用;因蚕丝在光的照射下会折射出炫目多彩的光线,受蚕丝结构的启发,已成功研发出异形纤维、细旦纤维。目前市场上各种仿丝仿毛皮产品都是加入异形纤维做成的;通常仿毛产品采用多角形、扁平形、带状形、中空等异形纤维,仿丝产品采用三角形等异形纤维,仿麻产品采用扁平形、带状形等异形纤维。近年来,通过模仿蜘蛛丝的分子结构,研制出仿蜘蛛丝高强度纤维;模仿研究变色龙皮肤应急系统,研制的能自动变色的光敏变色纤维,可以随环境中温湿度的变化而变化,或者通过在线添加纳米光致变色剂后,能够随周围环境的光色变化而改变颜色。用变色面料制成的运动休闲服装,因具有时尚和个性化特点,备受年轻人青睐,同时还可以广泛应用于户外军服,在野外作战中有很好的“伪装”作用。

  荷叶是自然界中具有防水自清洁功能材料之一,研究发现荷叶的表面存在乳突和蜡晶结构。荷叶表面具有很多微小的突起,平均直径为10μm左右,微米级突起表面又覆盖许多纳米尺寸的乳突,乳突的直径在200nm左右。微米级的突起和纳米级的乳突将空气封闭于其间,形成许多微小的“空气储存池”。当水滴落在这样的复合粗糙表面上时,与叶面的接触面积很小,仅为水滴覆盖面积的2%~3%,因此接触角很高,可以达到160°。

  根据荷叶效应,科研工作者开发了利用构建微纳米粗糙结构和低表面能物质修饰相结合的复合加工技术。如江西昌硕户外休闲用品有限公司联合高校和研究院,根据荷叶表面微结构并结合纳米技术,分别采用含氟聚合物掺杂改性纳米二氧化硅溶胶整理技术和含氟拒水剂掺杂纳米二氧化硅凝胶整理技术,将纳米粒子和低表面能的含氟聚合物固着于织物表面,在涤纶织物表面形成粗糙的疏水表面结构,从而获得超疏水织物;同时采用聚偏氟乙烯(PVDF)掺杂含氟聚合物和纳米二氧化硅凝胶涂层技术,开发了具有微纳超疏水自清洁功能的户外服装用涤纶织物,其与水的静态接触角达到158°,滚动角9°,防水等级5级。

  仿生智能高分子材料的发展,为防水透湿膜的智能化提供了基础。如利用聚氨酯材料的特殊性能,获得一些智能聚氨酯薄膜及新型防水透湿复合薄膜。具有形状记忆调温功能的温敏型聚氨酯防水透湿薄膜,在外界的环境温度发生变化时,其透湿性和透气性也随之发生变化,具备高温透湿透气、低温保暖等特点,将其应用在纺织服装上、食品包装、医疗等各领域中前景广阔。如应用在冰雪运动功能纺织品上,可以满足不同环境下的透湿透气要求,在外界环境温差变化大和人体发热出汗时,可以保证人体的舒适性。美国GORE-TEX®品牌于2021年重磅推出新型膨体聚乙烯薄膜(ePE),该产品可制成轻盈、纤薄且结构坚固的复合材料,具有良好的耐用性能,可进一步减少对环境的影响;与聚氨酯相结合,可形成持久防水、持久防风、高度透气的薄膜;Higg MSI测量结果表明,该薄膜质轻可减少碳足迹;不含影响环境的PFC(全氟化合物)。

  新型智能纺织材料可以感知周围的环境条件并对其变化或刺激产生反应。目前已经用于运动服装的智能材料有相变材料、形状记忆材料、变色材料、全息纤维和耐撞击材料等。如全息纤维可以储存人体通常所不用的能量来提高重要的生理机能,提高人体器官的含氧水平,加快运动员新陈代谢,有利于运动员体力透支后的恢复。返回搜狐,查看更多

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